超h級防腐抽油光杆的製作方法

2023-04-28 11:57:11

專利名稱：：超h級防腐抽油光杆的製作方法
技術領域：
：本發明屬於石油設備領域，具體涉及一種抽油光杆。
背景技術：
：在石油行業中，抽油機有杆泵採油是一種人工舉升採油方式，以其設備簡單，投資少，管理方便，適應性強等優點被國內外各油田廣泛採用。抽油機、抽油杆和抽油泵是有杆泵採油設備的三個主要組成部分，其中抽油杆是將抽油機的運動和動力傳遞給井下抽油泵進行抽汲的部件。抽油光杆是抽油杆柱上部一根特殊的抽油杆，用來和井口密封盒配合密封抽油井口，因此工作條件比抽油杆更惡劣，除抽油光杆的工作條件外，上衝程時裸露在野外大氣中，下衝程時浸在井液中，因此光杆既受大氣腐蝕，又受井液腐蝕，不出油時還要承受高溫，在懸掛抽油杆柱時還要承受方卡子的預應力，承受下面所有抽油杆柱產生的最大的載荷拉應力，是工作條件最為苛刻的一根特殊的抽油杆。目前國內的抽油光杆與抽油杆一樣，按照不同的強度等級由低到高分為C、K、D和H級。隨著油田開發進入中後期，井深逐漸增大、載荷逐漸增加、對抽油光杆的力學性能要求越來越高。目前雖然有一些超強合金結構鋼可以達到抗拉強度超過H級的水平，但是由於其疲勞強度無法達到石油行業的要求，無法滿足抽油光杆的製造，同時，原油開採方式也從最初的自噴、水驅逐漸改為聚合物驅、三元複合驅，此外再加上稠油高溫採油，都加劇了對抽油光杆的腐蝕破壞作用。抽油光杆由於腐蝕而造成表面出現坑蝕，導致與盤根密封不緊密，造成漏油，汙染環境。同時腐蝕破壞作用又加劇了抽油光杆的疲勞，降低光杆使用壽命，導致光杆失效而停井作業、損失產量。
發明內容本發明的目的是提供一種力學性能高於目前行業現有標準最高強度級別H級，疲勞強度也達到石油行業要求的超H級防腐抽油光杆，並且抽油光杆表面具有耐腐蝕耐磨損塗層，以延長抽油光杆在腐蝕環境下的使用壽命，通過使用這種更高強度、更耐腐蝕的抽油光杆將有效提高抽油光杆使用時間，降低事故率，提高產量。為實現上述目的，本發明採取以下設計方案一種超H級防腐抽油光杆，其特徵是，它是一種柔性長杆，杆體的兩端有可與抽油杆接箍連接的外螺紋，在光杆外表面噴塗有一層耐腐蝕耐磨損合金塗層，所述合金塗層包括下列重量比的組份鉻7%10%，鐵《4%，矽2.0%3.5%，硼1.5%2.5%，碳《0.4%，鎳79.6%85.1%;杆體所用鋼化學成分按照重量百分比為碳0.07%0.13%，矽0.40。/01.20%，錳1.60%2.2%，鉻0.60%1.70%，鉬0.20%0.40%，鎳《0.3%,銅《0.20%，磷《0.025%，硫《0.25%，餘量為鐵。杆體所用鋼中各個組分含量的確定如下碳本發明中的超高強度抽油杆用鋼金相組織主要是貝氏體、鐵素體和少量殘餘奧氏體，組織中無碳化物相存在，以避免碳化物對貝氏體鋼力學性能的惡性作用，從而改善貝氏體鋼的力學性能，因此碳的含量不宜過高，本發明中碳含量控制在0.07%0.13%的範圍內。鉬鉬元素因為能夠有效推遲高溫轉變而對貝氏體轉變幾乎沒有影響，因此鉬是貝氏體非調質鋼常用的合金元素。但是鉬的價格昂貴，從經濟上考慮，在設計時儘量降低鉬的含量，本發明中鉬含量控制在0.20%0.40%範圍內。猛錳元素主要通過固溶強化作用、增加貝氏體、鐵素體基體的固溶碳量來提高強度。此外，錳和鉬類似，能夠有效推遲高溫轉變。而錳又是相當便宜的合金元素，因此在鋼中加入了高錳以降低鉬的用量。本發明中錳含量控制在1.60%2.2%範圍內。矽矽元素可以強烈阻礙碳化物的形成，使鋼在貝氏體相變過程中不析出(或者極少析出)碳化物。此外，矽也是提高屈服強度的主要元素。但是過量的矽降低塑性。本發明中矽的含量控制在0.40%1.20%範圍內。鎳少量的鎳元素和錳結合起來即會使鋼易產生貝氏體組織。鎳的價格非常高，從經濟角度考慮，儘量少用鎳元素。本發明中，鎳含量《0.3%鉻鉻元素可以提高鋼的淬透性，而且可以使鋼在冷卻過程中的珠光體轉變區和貝氏體轉變區分離，有利於形成貝氏體。本發明中鉻的含量控制在0.60%1.70%的範圍內。所述合金塗層的厚度為0.1隱0.2mm。本發明的優點是1、本發明的超H級防腐抽油光杆，其杆體採用低合金結構鋼，通過熱處理工藝和表面熱噴塗工藝使杆體抗拉強度超過H級，同時疲勞強度也達到石油行業標準。即在強度要求一定的情況下，使用直徑更小的該種抽油光杆，可有效降低抽油機懸點載荷；或者在強度要求非常高的情況下，使用本發明的抽油光杆比H級抽油光杆更安全。2、本發明的超H級防腐抽油光杆杆體表面噴塗有一層耐腐蝕耐磨損合金塗層。在抽油光杆工作過程中，該塗層將帶有腐蝕介質的原油和大氣與光杆基體隔絕開來，使得杆基體不易受到腐蝕破壞，從而有效延長了光杆的使用壽命。圖1為本發明結構示意圖具體實施例方式如圖1所示，本發明的超H級防腐抽油光杆，它是一種柔性長杆，杆體3的兩端有可與抽油杆接箍連接的外螺紋1、4，杆體3的一端臨近外螺紋處具有墩粗5，在光杆外表面噴塗有一層耐腐蝕耐磨損合金塗層2，合金塗層的成分按照重量百分比為鉻7%10%，鐵《4%，矽2.0%3.5%，硼1.5%2.5%，碳《0.4%，鎳79.6%85.1%;杆體3基體材料低合金鋼的成分按重量百分比為碳0.07%0.13%，矽0.宿01.20%，錳1.60%2.2%，鉻0.60%1.70%，鉬0.20%0.40%,鎳《0.3%，銅《0.20%，磷《0.025%，硫《0.25%,餘量為鐵。杆體表面耐腐蝕合金塗層2的厚度為0.10.2mm。如果耐腐蝕塗層2的厚度小於0.lmra，則不能完全保證抽油光杆在正常使用時期內的正常磨損消耗。實施例一，杆體基體低合金結構鋼中化學成分重量百分比為碳0.07%，矽0.40%，錳1,60%，鉻0.60%，鉬0.20%，鎳0.3%，銅0.20%，磷0.025%，硫0.25%,餘量為鐵。杆體表面耐腐蝕合金塗層包括下列重量比的組份鉻7%，鐵1%，矽2.0%，硼1.5%，碳0.1%，鎳88.4°/。。實施例二，杆體基體低合金結構鋼中化學成分重量百分比為碳O.13%，矽1.20%,錳2.2%，鉻1.70%,鉬0.40%，鎳0.3%，銅0.20%，磷0.025%，硫0.25%，餘量為鐵。杆體表面耐腐蝕合金塗層包括下列重量比的組份鉻10%，鐵4%，矽3.5%，硼2.5%，碳0.4%，鎳79.6%。實施例三，杆體基體低合金結構鋼中化學成分重量百分比為碳0.08%，矽0.50%，錳1.70%，鉻0.90%,鉬0.25%，鎳0.2%，銅0.15%，磷0.02%，硫0.20%，餘量為鐵。杆體表面耐腐蝕合金塗層包括下列重量比的組份鉻8%，鐵1.5%，矽2.5%,硼1.8%，碳O.15%,鎳86.05%。實施例四，杆體基體低合金結構鋼中化學成分重量百分比為碳O.11%，矽1.10%，錳2.0%，鉻1.50%，鉬0.35%,鎳0.27%，銅0.17%，磷0.022%，硫0.22%，餘量為鐵。杆體表面耐腐蝕合金塗層包括下列重量比的組份鉻9%，鐵3.4%，矽3.1%，硼2.2%，碳O.34%，鎳81.96%。本發明超H級防腐抽油光杆的製作方法包括下列步驟一、低合金結構鋼棒材的製備按照杆體基體低合金結構鋼的配方在電爐中冶煉，將鋼液澆注成560kg的鋼錠。經過0>650X1和①650X3軋機軋製成65rmnX65mn^的方胚後，再由O400X1和O250X5連軋機採用控軋控冷工藝加熱溫度109(TC，終軋溫度90(TC，冷卻速度3°C/s將鋼坯軋製成巾30圓鋼，剪成9米定尺，空冷到室溫即可。二、超H級防腐抽油光杆毛坯的製備將獲得的低合金結構鋼棒材用冷拔機冷拔到抽油光杆標準長度9.14m，再利用葫盧島市渤海石油機械廠的GJ-A型抽油杆校直機進行校直。將杆體一端利用葫蘆島市遼西石油機具廠的YSG-200液壓雙缸鐓粗機進行端部鐓粗，然後使用C616車床對光杆兩端進行螺紋加工。三、超H級防腐抽油光杆的表面噴塗首先，將光杆毛坯穿過上海華儀感應加熱設備有限公司生產的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應加熱器的感應線圈，柱塞的兩端通過帶有內螺紋的連接杆、卡盤固定在柱塞固定車床上，柱塞固定車床具有可帶動光杆的轉動裝置和移動裝置；然後讓柱塞以190轉/分鐘210轉/分鐘的速度轉動著在中頻感應加熱器的加熱線圈內沿軸向以19隱/s21mm/s的速度移動，在第一次移動過程中，關閉中頻感應設備不對杆體進行加熱，使用砂帶打磨機用80#砂帶壓在軸向運動著的光杆表面對光杆杆體從頭到尾打磨一遍，一方面減小杆體直徑尺寸約0.10.2mm預留出耐腐蝕耐磨損合金塗層的厚度，另一方面粗化杆體表面以提高熱噴塗粉末的附著力。完成打磨粗化後，打開中頻感應加熱器，讓光杆反向移動，使表面自始端至終端依次被中頻感應加熱器的加熱線圈預熱一遍，預熱時，中頻感應加熱器的輸出功率保持在19KW21KW，以除去柱塞表面的水分和提高柱塞表面的溫度，增加粉末粘接結合率，避免過多粉末撞擊在冷工件上所造成的反彈損耗，預熱一遍後即將中頻感應加熱器電源關閉；同時被加熱後從加熱線圈端部伸出來的光杆杆體立刻用上海瑞發噴塗機械有限公司生產的型號為QT-E20000-7/h的金屬粉末噴槍噴塗上耐腐蝕合金粉末，直至噴塗到光杆杆體的末端，噴塗時噴塗用合金粉末是通過氣泵輸送到金屬粉末噴槍中的，並與氧氣和乙炔在金屬粉末噴槍中混合後從噴槍口送出，其中輸送到金屬粉末噴槍的氧氣流量為0.39m7h0.41m7h,乙炔流量為0.79m7h0.81m'/h,氣泵的氣體壓力為0.023MPa0.025Mpa;光杆杆體終端噴完後，使光杆杆體以190轉/分鐘210轉/分鐘的速度轉動著在中頻感應加熱器的加熱線圈內沿軸向以19mm/s21mm/s的速度再次向相反方向移動，並用金屬粉末噴槍對柱塞杆體噴塗第二遍；如果塗層厚度要求較高則噴第三遍；四、超H級防腐抽油光杆的熱處理完成噴塗後，關閉噴槍，打開上海華儀感應加熱設備有限公司生產的KGPS-160KW/8KHZ型中頻感應加熱器，對光杆杆體進行表面感應加熱，中頻感應加熱器的輸出功率保持在108KW112KW，光杆杆體相對中頻感應加熱器的線圈作轉動和直線運動，光杆的轉動速度為145轉/分鐘155轉/分鐘，沿軸向的移動速度為13腿/s15mm/s，使粉末充分熔化流動。在重熔的同時，啟動冷卻水水泵，從加熱線圈伸出來的重熔後的光杆杆體在經過冷卻水圈時被冷卻水迅速降溫。通過這一次軸向運動，光杆同時完成了表面塗層重熔和杆體熱處理兩個工藝，一方面，該噴塗層通過重熔工藝與柱塞基體材料形成冶金結合，塗層的成分與基體的成分在重熔過程中相互擴散滲透，在塗層和基體材料之間存在一定厚度的過渡區，使得塗層到基體的成分變化相對緩慢，避免了形成成分突變的界面，也就避免了電鍍鉻塗層在表面出現缺陷後因腐蝕的擴展導致塗層大片脫落的問題，另一方面，光杆杆體通過感應加熱到高溫又迅速冷卻而使杆體基材發生組織轉變，冷卻到室溫後杆體力學性能經檢測超過現有抽油杆最高強度級別H級，即抗拉強度超過H級的1136Mpa。五、光杆拋光處理完成重熔和熱處理的光杆再次反向運動，關閉中頻感應加熱設備和水冷卻設備，打開砂帶打磨機用200#砂帶對光杆表面打磨拋光，使杆體直徑達到標準要求。此時光杆表面合金塗層厚度也達到0.lmm0.2mm範圍，即得到超H級防腐抽油光杆成品。超H級防腐抽油光杆的各實施例的力學性能見表一。表一超H級防腐抽油光杆的各實施例的力學性能tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1、一種超H級防腐抽油光杆，其特徵是，它是一種柔性長杆，杆體的兩端有可與抽油杆接箍連接的外螺紋，杆體的一端臨近外螺紋處具有墩粗，在光杆外表面噴塗有一層耐腐蝕耐磨損合金塗層，所述合金塗層包括下列重量比的組份鉻7％～10％，鐵≤4％，矽2.0％～3.5％，硼1.5％～2.5％，碳≤0.4％，鎳79.6％～85.1％；杆體所用鋼化學成分按照重量百分比為碳0.07％～0.13％，矽0.40％～1.20％，錳1.60％～2.2％，鉻0.60％～1.70％，鉬0.20％～0.40％，鎳≤0.3％，銅≤0.20％，磷≤0.025％，硫≤0.25％，餘量為鐵。2、根據權利要求1所述的超H級防腐抽油光杆，其特徵在於，所述合金塗層的厚度為0.lmm0.2mm。全文摘要本發明涉及一種超H級防腐抽油光杆，為一種柔性長杆，杆體的兩端有外螺紋，可與抽油杆接箍連接，在光杆外表面噴塗有一層耐腐蝕合金塗層，杆體採用低合金鋼製成，光杆的抗拉強度超過H級的1136MPa，同時疲勞強度達到石油行業標準。這種光杆適用於對載荷要求大、工作環境腐蝕嚴重的油井，有效延長光杆的使用壽命，提高油田開發產量。文檔編號E21B17/00GK101178001SQ20071018800公開日2008年5月14日申請日期2007年11月21日優先權日2006年11月21日發明者吳振寧,張庚娟,堅鄭,鑫金,黃錦濱申請人:安東石油技術(集團)有限公司